06/06/2022

Độ Ẩm Tương Đối là gì? và Tại sao chúng ta cần theo dõi và kiểm soát nó?

Đối với đời sống con người thì độ ẩm ảnh hưởng đến sức khỏe rất nhiều. Nếu độ ẩm quá cao 90% thì con người sẽ tăng nguy cơ mắc bệnh khớp, ho, hen suyễn, đau đầu và một số bệnh mãn tính khác. Gây mệt mỏi khó chịu, độ ẩm quá cao cũng là điều kiện cho các loại vi khuẩn và nấm mốc có hại phát triển. Ngoài ra còn ảnh hưởng đến các vật dụng điện tử và đồ gỗ trong nhà. Bạn có bao giờ tự hỏi, độ ẩm là gì mà lại ảnh hưởng nhiều đến đời sống như vậy. Làm thế nào chúng ta có thể đo được độ ẩm và bằng cách nào để chúng ta tăng giảm được độ ẩm. Bài viết này sẽ giúp các bạn trả lời những câu hỏi vừa nêu ra.

1. Độ Ẩm

Độ ẩm là nồng độ hơi nước có trong không khí. Hơi nước, trạng thái khí của nước, khó có thể nhìn thấy bằng mắt người. Độ ẩm cho biết khả năng có mưa, sương hoặc sương mù. Độ ẩm càng cao thì việc đổ mồ hôi làm mát cơ thể của chúng ta càng kém hiệu quả, đó là lý do vì sao đôi khi mùa hè nóng nực không làm ta khó chịu bằng những ngày thu nóng ẩm với độ ẩm cao.

Độ ẩm có 3 khái niệm là: độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tương đối và độ ẩm cụ thể. 

Độ ẩm tuyệt đối mô tả hàm lượng nước trong khí và được biểu thị bằng đơn vị gam trên mét khối (g/cm³). Tuy nhiên độ ẩm tuyệt đối thay đổi khi áp suất không khí thay đổi. Điều này vô cùng bất tiện cho các tính toán về mặt hóa học kỹ thuật (ví dụ cho máy sấy quần áo, do nhiệt độ của nó có thể thay đổi đáng kể). Vì vậy độ ẩm tuyệt đối thường được định nghĩa trong hóa học kỹ thuật là khối lượng hơi nước trên mỗi đơn vị khối lượng của không khí khô. Độ ẩm tương đối cho biết trạng thái hiện tại của độ ẩm tuyệt đối so với độ ẩm tối đa có cùng nhiệt độ, được biểu thị bằng phần trăm (%). Độ ẩm cụ thể là tỉ số giữa khối lượng hơi nước trên tổng khối lượng không khí ẩm.

Độ ẩm đóng vai trò quan trọng đối với sự sống bề mặt trái đất. Đối với đời sống động vật phụ thuộc vào mồ hôi (bài tiết mồ hôi) để điều chỉnh nhiệt độ bên trong cơ thể, độ ẩm cao làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt độ do giảm tốc độ bay hơi từ bề mặt da. Hiệu ứng này có thể được tính toán bằng bảng chỉ số nhiệt, còn được gọi là humidex.

2. Độ Ẩm Tương Đối

Độ ẩm tương đối (RH hoặc là ϕ) của hỗn hợp nước – khí được định nghĩa là tỉ lệ giữa áp suất riêng phần của hơi nước  và áp suất hơi bão hòa của nước   ở cùng nhiệt độ, được thể hiện bằng tỉ lệ phần trăm:

Độ ẩm tương đối thường được biểu thị bằng phần trăm (%); không khí càng ẩm, độ ẩm tương đối càng cao. Khi độ ẩm tương đối đạt 100%, không khí đã bão hòa hơi nước và đang ở điểm sương(1). 

Độ ẩm tương đối khác với độ ẩm tuyệt đối – được định nghĩa là khối lượng của hơi nước có trong 1 m³ không khí. Độ ẩm tuyệt đối chưa cho biết mức độ ẩm của không khí vì ở nhiệt độ càng thấp thì hơi nước trong không khí càng dễ đạt trạng thái bão hòa. Do vậy, để mô tả độ ẩm của không khí, người ta dùng độ ẩm tương đối. Độ ẩm tương đối có thể được đo bằng những thiết bị đo độ ẩm, gọi là ẩm kế.

(1). Điểm sương hay còn gọi là điểm ngưng sương, nhiệt độ hóa sương (tiếng Anh: dew point) của một khối không khí, ở áp suất khí quyển cố định, là nhiệt độ mà ở đó thành phần hơi nước trong khối không khí ngưng đọng thành nước lỏng. Nói cách khác, điểm sương là nhiệt độ mà độ ẩm tương đối của khối không khí đạt đến 100%.

Sương ngưng đọng trên chiếc lá

3. Sự Khác Nhau Giữa Độ Ẩm Và Độ Ẩm Tương Đối

Độ ẩm là lượng hơi nước trong khí quyển, còn độ ẩm tương đối là một khái niệm của độ ẩm.

Độ ẩm là hàm lượng nước của hỗn hợp hơi nước và các nguyên tố khác có trong không khí. Độ ẩm tương đối là phần trăm hơi nước trong không khí ở một nhiệt đô xác định.

Độ ẩm được sử dụng để xác định khả năng xảy ra mưa, sương mù hoặc sương. Độ ẩm tương đối được sử dụng để kiểm soát khí hậu và nó ảnh hưởng như thế nào đến sức khỏe, sự thoải mái và an toàn của con người.

Độ ẩm tương đối cũng được sử dụng để đảm bảo an toàn cho máy móc, phương tiện và các tòa nhà. Còn xác định độ ẩm của một nơi nhất định cung cấp số liệu để dự báo thời tiết.

4. Phương Pháp Đo Độ Ẩm Tương Đối

Hiện nay, có ba phương pháp chính được sử dụng để đo độ ẩm là nhiệt ẩm kế điện tử, psychrometer và thiết bị đo điểm sương. Trong đó thiết bị đo điểm sương là loại chính xác nhất và thường được sử dụng làm tiêu chuẩn để calib.

Nhiệt ẩm kế điện tử hoạt động dựa trên các loại cảm biến như điện dung, điện trở, trọng lực, quang học để đo lường độ ẩm, kèm theo đó là một cảm biến không dây đo nhiệt độ môi trường. Nguyên lý đo độ ẩm tương đối đối với ẩm kế điện dung, không khí chảy vào giữa hai tấm kim loại, sự thay đổi độ ẩm không khí tỉ lệ thuận với sự thay đổi điện dung giữa 2 bản cực. Đối với ẩm kế điện trở, polymer hoặc sứ hấp thụ độ ẩm, sau đó ảnh hưởng đến điện trở suất của nó và  được kết nối với một mạch điện trong đó độ ẩm ảnh hưởng đến điện trở của vật liệu. Từ đó độ ẩm tương đối được xác định dựa trên sự thay đổi của dòng điện. Phương pháp đo này thích hợp để đo độ ẩm từ 15% đến 95%, với độ không đảm bảo là ±3%.

Trong thực tế, để đo độ ẩm tương đối người ta thường sử dụng cảm biến loại điện dung, vì giá thành của cảm biến điện dung thường rẻ và độ tin cậy cao hơn so với cảm biến các loại khác. Tuy nhiên độ bền của cảm biến còn phụ thuộc lớn vào môi trường hoạt động. Nếu làm việc trong môi trường có nhiều bụi hay các khí dung môi cảm biến sẽ nhanh hư hỏng hơn, do đó trong môi trường này phải có lọc bụi mới kéo dài được tuổi thọ của cảm biến.

Nhiệt ẩm kế điện tử  (Source: ThermoPro)

Psychrometer có 2 hai nhiệt kế, một nhiệt kế bầu ướt và một nhiệt kế bầu khô. Bầu của nhiệt kế bầu ướt có bọc vải thấm nước ẩm. Khi psychrometer bị “treo” hoặc quay, không khí sẽ thổi qua cả hai nhiệt kế. Nhiệt kế bầu ướt được làm mát bằng bay hơi, số đọc của nó giảm xuống. Độ ẩm tương đối được xác định bằng cách so sánh nhiệt độ của bầu nhiệt kế ướt và khô. Độ không đảm bảo đo thấp nhất có thể đạt được là 4%.

Psychrometer (Source: Certifiedmtp.com)

Thiết bị đo điểm sương có cấu tạo như Hình . Mẫu được đưa vào bình có mặt gương được làm mát bằng điện. Bề mặt gương được làm lạnh cho đến khi hệ thống dò tìm nguồn sáng phát hiện sự hình thành sương trên gương, và nhiệt độ ngưng tụ được đo bằng một cảm biến gắn với bề mặt gương. Điểm sương là nhiệt độ tại đó mẫu trở nên bão hòa với nước. Do đó, nhiệt độ này có liên quan đến mức độ độ ẩm trong mẫu. Một kính hiển vi cũng được cung cấp trong thiết bị để có thể quan sát độ dày và bản chất của chất ngưng tụ. Ngay cả những mức độ nhỏ của chất bẩn trên bề mặt gương cũng có thể gây ra những thay đổi lớn về điểm sương, và do đó dụng cụ phải được giữ rất sạch sẽ. Khi cần thiết, gương nên được làm sạch bằng nước khử ion hoặc nước cất.

Cấu tạo của một thiết bị đo điểm sương

(Source: Book Measurement and Instrumentation, Second Edition Theory and Application by Alan S Morris, Reza Langari)

5. Sự Quan Trọng Của Việc Đo Và Theo Dõi Độ Ẩm

Cho đến nay, lý do lớn nhất để theo dõi độ ẩm tương đối là kiểm soát độ ẩm xung quanh sản phẩm cuối cùng. Trong hầu hết các trường hợp, điều này có nghĩa là đảm bảo rằng RH không bao giờ tăng quá cao. Ví dụ, chúng ta hãy lấy một sản phẩm như chocolate. Nếu RH trong cơ sở lưu trữ tăng lên trên một mức nhất định và duy trì trên mức đó trong một thời gian đủ dài, một hiện tượng được gọi là hiện tượng nở có thể xảy ra. Đây là nơi hình thành độ ẩm trên bề mặt chocolate, hòa tan đường. Khi hơi ẩm bay hơi, đường hình thành các tinh thể lớn hơn, dẫn đến sự đổi màu.

Độ ẩm cũng là một vấn đề lớn đối với các sản phẩm cực kỳ nhạy cảm với độ ẩm, chẳng hạn như một số loại dược phẩm. Điều này là do nó có thể làm thay đổi các đặc tính của dược phẩm cho đến khi nó trở nên vô dụng, đây là lý do tại sao các sản phẩm như thuốc viên y tế và bột khô được bảo quản trong điều kiện được kiểm soát ở mức độ ẩm và nhiệt độ chính xác.

Hệ thống giám sát độ ẩm và nhiệt độ kho vaccine

Cuối cùng, độ ẩm tương đối cũng là một yếu tố quan trọng trong các hệ thống tự động hóa tòa nhà – tập trung vào sự thoải mái của con người, chẳng hạn như điều hòa không khí. Khả năng đo lường và kiểm soát RH không chỉ giúp duy trì một môi trường thoải mái bên trong tòa nhà, mà còn giúp tối ưu hiệu quả của hệ thống HVAC(1) bằng cách cung cấp chỉ báo về lượng không khí bên ngoài được lấy vào cần được điều hòa, dựa vào nhiệt độ bên ngoài.

 (1). Viết tắt của cụm từ Heating, Ventilating, and Air Conditioning (Hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí) gọi chung là hệ thống điều hòa không khí.

6. Thiết Bị Đo Độ Ẩm

Máy đo độ ẩm (phân tích độ ẩm) là các thiết bị quen thuộc và phổ biến trong đời sống hàng ngày. Bạn có thể dễ dàng bắt gặp các màn hình hiển thị nhiệt độ và độ ẩm ở các sân bay, nhà hàng khách sạn… Đó cũng là một dạng của máy đo độ ẩm.

Máy đo độ ẩm là các thiết bị được chế tạo và sản xuất nhằm phục vụ chức năng xác định độ ẩm (hay nói dễ hiểu hơn là tỉ lệ nước) trong môi trường, không khí hoặc một loại chất nhất định. Ví dụ như trong các loại vật liệu: gỗ, giấy,…; các loại vật liệu xây dựng: vữa, bê tông, tường,…; các vật liệu sợi: bông, vải,…; các loại thuốc, dược phẩm trong y tế; bảo quản nông sản, lương thực thực phẩm.

Máy đo độ ẩm rất đa dạng. Từ xa xưa, con người đã chế tạo ra các công cụ như: ẩm kế tóc, ẩm kế khô ướt, ẩm kế điểm sương… để đo độ ẩm và ứng dụng vào việc đo độ ẩm không khí, một số loại nông sản… Các công cụ ấy thô sơ, mang tính thủ công và độ chính xác không cao. Ngày nay, với sự phát triển của khoa học – công nghệ, chúng ta có các máy đo độ ẩm điện tử rất tiện lợi và hữu ích.

Các loại ẩm kế cổ điển (Source: Tulieu.violet.vn)

Hiện nay, các máy đo độ ẩm điện tử được sử dụng phổ biến hơn bởi sự nhanh chóng, tiện lợi mà chúng mang lại. Các thiết bị này được thiết kế hiện đại, được ứng dụng những công nghệ tiên tiến và thông minh không chỉ đo được độ ẩm bề mặt các loại vật liệu mà còn có khả năng đo sâu bên trong, qua nhiều lớp vật liệu; giúp người dùng tiết kiệm được nhiều thời gian, công sức và đạt hiệu quả cao.

Một số loại máy đo độ ẩm phổ biến hiện nay (Source: maydochuyendung)

Theo cách phân loại này, các máy đo độ ẩm được chia thành 7 nhóm chính:

• Máy đo độ ẩm gỗ, giấy, mùn cưa, tường, bê tông. Nhóm này bao gồm các loại: máy đo độ ẩm gỗ, máy đo độ ẩm tường bê tông, máy đo độ ẩm đất… Chúng được sử dụng chủ yếu trong các lĩnh vực sản xuất và chế biến gỗ, xây dựng, nông nghiệp…
• Máy đo độ ẩm ngũ cốc, nông sản. Nhóm này gồm các máy đo độ ẩm ngũ cốc, các loại hạt: gạo, cà phê, các loại bột… và ứng dụng chủ yếu trong ngành nông nghiệp và sản xuất chế biến lương thực – thực phẩm.
• Máy đo độ ẩm bông, vải, sợi. Nhóm này được ứng dụng trong ngành công nghiệp may mặc là chủ yếu. Chúng giúp người dùng xác định được độ ẩm của các loại vải.
• Máy đo độ ẩm than đá, hóa chất công nghiệp. Nhóm này có khả năng đo được độ ẩm của nhiều loại nguyên liệu trong ngành công nghiệp hóa chất.
• Máy đo độ ẩm, nhiệt độ không khí. Nhóm này được ứng dụng chủ yếu cho các hoạt động về theo dõi nhiệt độ và độ ẩm, các hoạt động nghiên cứu và phân tích thời tiết, khí hậu. Ngoài ra, nhóm này còn bao gồm các ẩm kế, nhiệt kế di động – các loại thiết bị thường được ứng dụng trong gia đình, các kho hàng, nhà hàng, khách sạn…
• Cân sấy ẩm (cân phân tích ẩm), dòng máy này có thể là những thiết bị rất đa năng có thể có những model cân phân tích ẩm thực hiện được chức năng của cả 6 loại máy bên trên. Chúng thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm đo lường để phục vụ mục đích nghiên cứu.

7. Thiết Bị Đo Độ Ẩm Kết Hợp Tính Năng Điều Khiển Nhiệt Độ

Với sự quan trọng của việc đo và theo dõi độ ẩm được nêu ở mục số 5 và các thiết bị đo độ ẩm được giới thiệu ở mục số 6, chúng ta có thể thấy đo và theo dõi độ ẩm và nhiệt độ là việc hết sức cần thiết với nhiều lĩnh vực, ngành nghề trong cuộc sống hàng ngày. Vậy có bao giờ bạn tự đặt câu hỏi, sau khi đo được thông số độ ẩm và nhiệt độ bằng thiết bị cầm tay hoặc cảm biến, chúng ta muốn tăng giảm độ ẩm của một môi trường thì sẽ làm thế nào. Mục này sẽ giúp giải đáp thắc mắc của bạn đọc một phần nào đó về bộ điều khiển độ ẩm tương đối và nhiệt độ.

Điều khiển độ ẩm và nhiệt độ có thể thông qua một bộ tích hợp gồm cảm biến và bộ điều khiển. Đây là cách điều khiển đơn giản nhất nhưng sai số trong điều khiển sẽ cao. Muốn điều khiển cho các hệ thống cao cấp hơn thì ta cần những loại cảm biến đo độ ẩm có ngõ ra là dòng điện 4-20mA, điện áp 0-10VDC. Nó có thể kết nối với bộ điều khiển PID hoặc PLC để điều khiển độ ẩm và nhiệt độ chính xác, thu thập dữ liệu và giám sát từ xa.

Việc điều khiển độ ẩm và nhiệt độ, điều cần thiết đầu tiên là chúng ta cần có cảm biến đo độ ẩm tích hợp tính năng đo nhiệt độ. Là nhân tố quan trọng nhất trong quá trình điều khiển độ ẩm. Nên cần một cảm biến có độ tin cậy cao, hoạt động ổn định, đáp ứng nhanh. Ở đây chúng ta có thể tham khảo cảm biến đo độ ẩm tích hợp tính năng đo nhiệt độ của một số hãng như: Omron, PCE, Daviteq,…

Dòng sản phẩm cảm biến độ ẩm không dây tích hợp của hãng Daviteq

Điều quan trọng thứ hai là bộ điều khiển độ ẩm và nhiệt độ, trong bộ điều khiển có chế độ điều khiển PID với ngõ ra analog 4-20mA, 0-10VDC. Khi bộ điều khiển có tích hợp chế độ PID thì bộ điều khiển sẽ tự động duy trì độ ẩm và nhiệt độ mong muốn mà không cần phải cài đặt nhiều thông số phức tạp. Chỉ cần người sử dụng chọn độ ẩm và nhiệt độ mong muốn, còn mọi thứ để bộ điều khiển làm việc.

Mô hình hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ, độ ẩm

Ngoài ra, bộ điều khiển độ ẩm và nhiệt độ, chúng ta có thể lựa chọn tích hợp cổng truyền thông RS485. Với cổng này chúng ta có thể kết nối thiết bị điều khiển độ ẩm  và nhiệt độ với máy tính hoặc laptop. Chúng ta có thể quan sát và điều khiển độ ẩm từ xa mà không cần phải đến khu vực đặt bộ điều khiển. Hơn nữa việc thu thập dữ liệu và lưu trữ thông tin theo chu kỳ lấy mẫu không còn là vấn đề khó nữa. Với việc kết nối với máy tính, chúng ta có thể lưu trữ toàn bộ dữ liệu độ ẩm và nhiệt độ theo thời gian.

Thông thường bộ điều khiển độ ẩm và nhiệt độ sẽ điều khiển ngõ ra là thiết bị tạo sương, quạt sưởi, máy lạnh, quạt đối lưu,…

8. Lời Kết

Khối lượng kiến thức về độ ẩm tương đối rất nhiều, chúng tôi không thể diễn tả hết chỉ qua một bài viết được. Nhưng chúng tôi hy vọng qua bài viết có thể giúp bạn một phần nào đó hiểu hơn về độ ẩm tương đối, sự quan trọng của việc đo và theo dõi độ ẩm tương đối trong cuộc sống xung quanh chung ta và cuối cùng giúp bạn đọc hiểu hơn về vai trò và cách thức hoạt động của từng thành phần trong một hệ thống điều khiển độ ẩm hoàn chỉnh.

 

Cách sử dụng công cụ cấu hình Modbus cho Cảm biến Daviteq Sigfox